Bildverarbeitung

Laser-Triangulations­sensoren mit ­Ethercat/Ethernet

 Smarte Laser-Sensoren für die präzise Automatisierung

19.09.2022 - Für exakte Abstandsmessungen sind Laser-Triangulationssensoren das Mittel der Wahl. Zur direkten Einbindung in die Fertigungsumgebung präsentiert ein Hersteller nun Lasersensoren mit Ethercat- und Ethernet/IP-Schnittstelle. Das vereint Präzision und Integrierbarkeit in einem sehr kompakten Sensor.

Messende Sensoren, die in der Fa­brik- und Anlagenautomatisierung eingesetzt werden, müssen zahlreiche Anforderungen erfüllen. Neben der Genauigkeit werden hohe Mess- und Verarbeitungsgeschwindigkeiten sowie möglichst reproduzierbare Mess­ergebnisse vorausgesetzt. Zunehmend werden moderne Schnittstellen nachgefragt, die eine einfache Anbindung in bestehende Steuerungsumgebungen ermöglichen.

Präzision und Flexibilität für Linienanwendungen mit Ethercat- und Ethernet/IP-Schnittstelle

Mit der Einführung des Laser-Triangulations­sensors Opto NCDT 1900 mit Ethercat bietet Micro-Epsilon eine leistungsstarke Lösung für den Einsatz in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung. Die neuen Modelle sind nun mit Ethernet/IP-Schnittstelle ausgestattet, die die Einbindung der Sensoren in Industrial-Ethernet-Steuerungen ermöglichen. Die Einbindung via Ethercat oder Ethernet/IP erleichtert die Kommunikation, speziell bei schnellen Prozessen und bei der Vernetzung von mehreren Geräten und Maschinen. Durch direkte Datenausgabe stehen die Messwerte in Echtzeit zur Verfügung. Zur schnellen Messwertaufnahme trägt außerdem eine Oversampling-Funktion bei. 

Zur Optimierung des Signals verfügen die Sensoren erstmals über eine zweistufige Messwertmittelung. Die Mittelung ermöglicht einen glatten Signalverlauf an Kanten und Stufen und verhindert Signalüberschwinger. Vor allem bei schnellen Messungen von bewegten Teilen stellt das einen präzisen Signalverlauf sicher.

Intelligente Oberflächenregelung bei wechselnden Oberflächen

Die Opto-NCDT-1900-Sensoren verfügen zudem über eine intelligente Oberflächenregelung. Die Advanced Surface Compensation arbeitet mit Algorithmen und ermöglicht stabile Messergebnisse auch auf anspruchsvollen Oberflächen. Wechseln die Messobjekt­oberflächen beispielsweise von mattschwarz zu glänzend oder von hell zu dunkel, sorgt die Technologie dafür, dass sich die Belichtungszeit an die Bedingungen anpasst, die das jeweilige Messobjekt bietet. 
Zur Ermittlung der Messwerte bildet der Lasersensor einen roten Laserpunkt mit einer Wellenlänge von 670 nm auf dem Ziel ab. Das Laserlicht wird in einem bestimmten Reflexionswinkel zurückgeworfen und trifft im Sensor durch eine Optik auf eine CMOS-Zeile. Beim schnellen Wechsel von einem hellen auf ein dunkles Objekt käme ohne die intelligente Oberflächenregelung zunächst zu wenig Licht auf der Emfpangsmatrix an. Beim schnellen Wechsel von dunkler Oberfläche zu glänzenden Objekten wäre die Intensität dagegen anfangs viel zu hoch. In beiden Fällen wäre das Ergebnis ungenau oder sogar unbrauchbar. Daher regelt die Advanced Surface Compensation die Belichtungszeit und damit die Intensität des gesendeten Lichts während der Messaufgabe so aus, dass die Reflexion auf der CMOS-Zeile im Idealbereich liegt. Anschließend berechnet der Sensor die mikrometergenauen Abstandswerte über die Dreiecksbeziehung zwischen der Laserdiode, dem Messpunkt auf dem Objekt und dem Abbild auf der CMOS-Zeile. Die ermittelten Werte können entweder analog oder digital über die Feldbus-Schnittstellen in die Anlagen- und Maschinensteuerung eingespeist werden. Der Sensor ist zudem fremdlichtbeständig und auch in stark beleuchteten Umgebungen einsetzbar.

Einfache Montage und Inbetriebnahme

Zur reproduzierbaren Befestigung ist der Opto NCDT 1900 mit einem patentierten Montagekonzept ausgestattet: Passhülsen richten den Sensor automatisch in der korrekten Position aus. Dies ermöglicht einen einfachen Sensorwechsel und eine präzisere Ausrichtung des Lasers. Dies ist insbesondere beim Sensortausch ein entscheidender Vorteil. Für den Betrieb des Sensors ist keine externe Steuereinheit erforderlich, da der Controller komplett im kompakten Sensorgehäuse integriert ist. Dank der geringen Abmessungen kann der Lasersensor auch in beengte Bauräume integriert werden.

Anwendungsvielfalt in der Fabrik- und Anlagenautomatisierung

Zum Einsatz kommen die Laser-Triangula­tionssensoren überall dort, wo hohe Anforderungen an Präzision und Integrierbarkeit gestellt werden. Die Sensoren kommen etwa in der anspruchsvollen Fabrik­automatisierung, in der Automobilfertigung, im 3D-Druck und in Messmaschinen zum Einsatz.

Hochauflösende Feinpositionierung beim Leiterplattendruck

In Druck-, Löt- und Bestückungsprozessen von Leiterplatten ist die exakte Höhenpositionierung des Druckkopfes entscheidend für die fehlerfreie Ausführung. Lasersensoren der Serie Opto NCDT 1900 ermöglichen die Feinpositionierung des Druckkopfes. Die Sensoren liefern unabhängig von der Oberflächenreflektion präzise Messergebnisse, die zur Höhennachführung und auch zur Kantenerfassung herangezogen werden. 

Positionierung von Messköpfen in Messmaschinen

Zur Vermessung von Bauteilen werden häufig Koordinaten-Messmaschinen eingesetzt. Laser-Triangulationssensoren unterstützen hier die schnelle Positionierung von Messköpfen.

Verschleißmessung an Hochgeschwindigkeitstrassen

Zur Prüfung von Hochgeschwindigkeits­trassen werden spezielle Messwagen eingesetzt. Darin sind Laser-Wegsensoren der Serie Opto NCDT 1900LL integriert, die mit hoher Messrate den Abstand zum Gleis erfassen. Die kleine Laserlinie kompensiert Unregelmäßigkeiten, was geglättete Messwertkurven ermöglicht. Dies eignet sich besonders zur Ermittlung des Längstrends der Gleise. Die robusten Sensoren zeigen sich gegenüber schwankenden Reflexionen und Umgebungslicht unempfindlich.

Positionserfassung der Karosserie

Für automatisierte Bearbeitungsvorgänge an Karosserien ist eine exakte Bestimmung der Karosserieposition relativ zum Bearbeitungswerkzeug für zum Beispiel Bohrungen, Stanzen oder den Anbau von Baugruppe notwendig. Für die hochpräzise Abstandsmessung auf die metallischen beziehungsweise lackierten Oberflächen werden Laser-Triangulationssensoren eingesetzt. Hier ist insbesondere die Fremdlichtunempfindlichkeit und die hohe Messgenauigkeit ein entscheidender Vorteil.

Fazit

Die Laser-Triangulationssensoren Opto NCDT 1900 mit Ethercat beziehungweise Ethernet/IP bieten eine hohe Oberflächenvielfalt und Signalstabilität. Die Kombination aus hoher Messrate, kompakter Baugröße mit integrierter Elektronik und hoher Messgenauigkeit ermöglicht den Einsatz in zahlreichen Anwendungsgebieten, etwa in der Automatisierungstechnik, in der Automobilfertigung, im 3D-Druck oder in Koordinatenmessmaschinen. Vordefinierte und individuelle Presets im Webinterface sowie Passhülsen zur Montage ermöglichen eine schnelle und einfache Inbetriebnahme mit korrekter Ausrichtung des Sensors. Zur flexiblen Anbindung an Steuerungen verfügen die Sensoren zudem über eine Ethercat- beziehungsweise Ethernet/IP-Schnittstelle.

Autor
Erich Winkler, Produktmanager Sensorik

Kontakt

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Königbacher Strasse 15
94496 Ortenburg
Deutschland

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